Спосіб металізації кераміки

 

Винахід відноситься до галузі виробництва різних напівпровідникових елементів і призначене для отримання кераміки з металізованою поверхнею.

Відомі різні способи металізації кераміки шляхом нанесення на її поверхню металевого покриття, наприклад міді, засновані на тому, що на попередньо оксидированную поверхню кераміки у вигляді пластини наносять металлизационную пасту, потім прикладають до поверхні елемента мідні пластини і розміщують в литтєвий формі вертикально, потім здійснюють дворежимний нагрівання до водневої або вакуумної печі до величини, яка перевищує температуру плавлення міді, і після плавлення міді та набрякання її з поверхні керамічного елемента здійснюють витримку при заданих температурних режимах з подальшим його охолодженням до заданого рівня (а.с. СРСР №564293, М. кл. С 04 В 41/88, 1971 р.; Патент США №4631099, кл. В 32 31/24, опубл.1986 р.; Патент РФ №2010784, М. кл. С 04 В 41/88,1994).

До недоліків відомих способів можна віднести те, що при найменшому порушенні режиму нагрівання відбувається руйнування евтектичного адгезійного шару, що знаходиться між керамікою і міддю, а при порушенні режиму охолодження в мідному покритті образуютсе спосіб нанесення металевого покриття на керамічний елемент шляхом напилювання шару металу на поверхню, що покривається, з наступною термообробкою покриття у відновній атмосфері при температурі взаємодії металу покриття з компонентами матеріалу виробу підвищення міцності зчеплення шару металу з керамічною поверхнею (а.с. СРСР №346293, М. кл. С 04 В 41/38; З 23 B 5/64,1972).

Однак відомий спосіб має один істотний недолік, який полягає в тому, що він може бути використаний тільки при виробництві декоративної кераміки і не може бути застосований у виробництві напівпровідникових елементів, оскільки об'ємний прогрівання металу в печі, з подальшим охолодженням, призводить до утворення залишкових напружень, що знижують міцність керамічної основи, а також до втрати діелектричних його властивостей.

Найбільш близьким за технічною сутністю до заявляється об'єкту є спосіб нанесення металевого покриття на керамічний елемент шляхом напилювання шару металу на покриваєму поверхню при заданих режимах, з подальшим фотонним відпалом даного покриття з використанням джерел когерентного випромінювання - лазерів (Верещагін Э.Д., Крисов Г.А., Цехмейстер Е.А., Сергеичев А.С. Імпульсне вжигание металевих плівок в кремній // Електронна техніка. Сер. Электроникаорий полягає в тому, що коефіцієнти температурних розширень металів майже на порядок вище температурного коефіцієнта розширення кераміки, що призводить до деформації керамічного виробу при його охолодженні, а отже, до зниження його якості. Причому даний недолік можна виключити шляхом зміни режимів термообробки або охолодження.

Технічним результатом від використання заявленого способу є підвищення якості одержуваної металізованої кераміки шляхом зниження деформацій, зумовлених відмінністю температурних розширень металу і кераміки.

Технічний результат досягається тим, що у відомому способі металізації кераміки шляхом напилювання шару металу на покриваєму поверхню з подальшим фотонним його відпалом і охолодженням, металізацію кераміки здійснюють у два етапи: спочатку на покриваєму поверхню кераміки наносять буферний шар металевого покриття з низькою температурою плавлення, а потім наносять основний зовнішній шар металевого покриття з більш високою температурою плавлення, ніж у буферного, після чого двошарове металеве покриття піддають фотонного відпалу і нагрівають до температури плавлення основного внешнеголорода.

Технічний результат досягається також і тим, що товщина буферного шару металевого покриття становить переважно 0,1-0,2 мкм, а сумарна товщина буферного і основного шару металевого покриття не перевищує 0,1 товщини керамічної основи.

Технічний результат досягається тим, що в якості охолоджуючої газового середовища використовується аргон, який має кімнатну температуру.

Пропоноване технічне рішення істотно знижує деформацію металу, обумовлену різницею температурних коефіцієнтів розширення металу і кераміки, і підвищує тим самим якість готового виробу. Це забезпечується тим, що в процесі охолодження металізованої кераміки спочатку твердіє зовнішній основний шар металевого покриття, в той час як буферний шар ще знаходиться в розплавленому рідкому стані. При цьому зовнішній основний шар за міру охолодження як би ковзає по буферному ще рідкого шару і не деформує керамічну основу. І це відбувається до тих пір, поки буферний шар буде перебувати в розплавленому стані. Однак з моменту затвердіння цього шару деформація металізованої кераміки буде мати місце, але воно буде незначним. ОстаточнѾ шару і нижче, нейтралізуються правильним підбором товщини металевого покриття, яке не повинно перевищувати 0,1 товщини керамічної основи. В цих умовах зусилля опору кераміки перевищує стягуюче зусилля охолоджуваного шару металу на її поверхні, і значущою деформації не спостерігається, оскільки шар металу просто механічно розтягується по всій поверхні силами опору кераміки. При цьому усадочних раковин у металевому покритті, а також руйнувань евтектичного адгезійного шару, розташованого між металом і керамікою, не спостерігається.

Обмеження товщини буферного шару межами 0,1-0,2 мкм, і сумарної товщини шару металевого покриття межею, що не перевищує 0,1 товщини керамічної основи, виключають деформації, обумовлені розходженням температурних розширень металу і кераміки. У результаті якість кінцевого продукту різко зростає.

Дані межі обмежень знайдені дослідним шляхом на прикладі хрому, має досить високу температуру плавлення (1440°З) і алюмінію, має температуру плавлення 660°С. Хром використовувався в якості основного зовнішнього шару, а алюміній - в якості буферного шару.

Приклад виконаний� елемент у формі пластинки, діаметром 60 мм і товщиною 200 мкм методом вакуумного напилення наносять металеве покриття. Процес здійснюється в два етапи. На початку формують буферний шар товщиною 0,2 мкм з металу з низькою температурою плавлення, а потім формують основний зовнішній шар товщиною 20 мкм з металу з більш високою температурою плавлення. При формуванні буферного і зовнішнього основного шару використовували відповідно алюміній з температурою плавлення 660°З, і хром з температурою плавлення 1440°С.

Вакуумне напилення металів на поверхню кераміки здійснюють на установці УВН-2М-2 при тиску 8-10-4Па. Товщина шару металу на поверхні керамічного елемента при цьому контролюється по опору супутника або іншим методом. Отриманий таким чином зразок розміщують всередині вакуумної камери. Потім здійснюють фотонний відпал шару металу на поверхні кераміки сфокусованим некогерентним випромінюванням від ксенонової лампи при питомій енергії опромінення 4 Дж/ (см2·з) (можуть бути використані і інші джерела випромінювання). При фотонном відпалі джерело випромінювання встановлюють поза вакуумної камери, а вплив тепловим потоком на металізовану керам�новного шару металу (контролюється приладовими методами). По досягненні плавлення верхнього основного шару покриття керамічний елемент охолоджують в газовому середовищі без доступу кисню до температури близько 25-30°С. Для цього використовується аргон кімнатної температури, який напускається у вакуумну камеру при режимах, що забезпечують зміну тиску в ньому до атмосферного протягом 15 хвилин. Даного проміжку часу виявляється достатнім для охолодження металізованої кераміки до рівня температури близько 25-30°С.

Таким чином, пропонований спосіб практично виключає деформації виробу, обумовлені розходженням температурних розширень металу і кераміки і тим самим підвищує якість готового продукту.

Пропонований спосіб металізації кераміки може успішно використовуватися в лабораторній практиці при проведенні різних досліджень, а також у сфері промислового виробництва різних напівпровідникових елементів.

1. Спосіб металізації кераміки шляхом напилювання шару металу на покриваєму поверхню з подальшим фотонним його відпалом і охолодженням, який відрізняється тим, що металізацію кераміки здійснюють у два етапи: спочатку на покриваєму поверхню кераміки наносять буферний шар металличЂия з більш високою температурою плавлення, ніж у буферного, після чого двошарове металеве покриття піддають фотонного відпалу і нагрівають до температури плавлення основного зовнішнього шару, а потім отриману таким чином металізовану кераміку охолоджують в газовому середовищі без доступу кисню.

2. Спосіб металізації кераміки по п.1, що відрізняється тим, що товщина буферного шару металевого покриття становить переважно 0,1-0,2 мкм, а сумарна товщина буферного і основного шарів металевого покриття не перевищує 0,1 товщини керамічної основи.

3. Спосіб металізації кераміки по п.1, що відрізняється тим, що в якості охолоджуючої газового середовища використовується аргон, який має кімнатну температуру.



 

Схожі патенти:

Спосіб нанесення металевого покриття на керамічний елемент

Винахід відноситься до галузі виробництва різних напівпровідникових елементів і призначене для отримання кераміки з металізованою поверхнею

Спосіб металізації п'єзокерамічних елементів

Винахід відноситься до технології металізації поверхні виробів з п'єзокераміки і може знайти застосування в радіотехніці та приладобудуванні

Композиційні матеріали, що містять карбід кремнію, і способи їх отримання

Винахід відноситься до композиційним матеріалам, отриманим просоченням розплавом металу, і способам їх виготовлення
Винахід відноситься до технології нанесення металевого покриття на керамічні поверхні і може бути використане для пайки керамічних виробів, що використовуються в електротехнічній, електронній та приладобудівній галузях промисловості
Винахід відноситься до виготовлення виробів, що працюють у високотемпературних високошвидкісних окислювальних газових потоках і абразивосодержащих газових та рідинних середовищах

Спосіб виготовлення спеченого структурованого керамічного вироби з нітриду алюмінію

Винахід відноситься до способу виготовлення реакційно спечених виробів зі структурованого керамічного матеріалу на основі нітриду алюмінію

Армований волокном керамічний композиційний матеріал і спосіб його виготовлення

Винахід відноситься до армованому волокном композиційного керамічного матеріалу з високожаропрочними волокнами на основі Si/C/B/N, реакційно пов'язаними з матрицею на основі кремнієвої

Спосіб введення в пористі субстрати розплавленої композиції на металевій основі

Винахід відноситься до способу введення композиції на металевій основі термоструктурний композитний матеріал

Композит (варіанти) та спосіб його приготування, спосіб обробки волоконної заготовки (варіанти)

Винахід відноситься до галузі отримання керамічних композитів
Up!